Tienduizenden satellieten kunnen de aarde met een zonnescherm afkoelen

Klimaat Als niets meer helpt en het op aarde warmer en warmer wordt, kan een zonnescherm in de ruimte een laatste strohalm zijn. Hoe werkt dat dan?

Illustratie Roland Blokhuizen

Een parasol naast je stretcher maakt een hete stranddag draaglijk. Zou een parasol in de ruimte het leven op aarde draaglijk kunnen houden? Misschien. Een consortium van Europese universiteiten en een aantal ruimtetechnologiebedrijven is begonnen met onderzoek naar die vraag.

Het idee van een zonnescherm in de ruimte is al oud. Eind jaren 80 werd het voor het eerst geopperd. Niet eerder werd het uitgebreid onderzocht. Alleen al de kosten maakten het onvoorstelbaar. Maar met de huidige scenario’s voor opwarming van de aarde, klinkt de roep om onderzoek naar manieren die voor verkoeling zorgen luider. Als het ruimte-idee ooit werkelijkheid moet worden, kan onderzoek ernaar niet langer wachten. Want eigenlijk alles aan het plan is nog onzeker.

Een zonnescherm in de ruimte is een vorm van geo-engineering. Dat is de verzamelnaam voor technologieën die ingrijpen in het klimaat om de opwarming van de aarde tot stilstand te brengen, of zelfs om te keren. Geo-engineering heb je in twee smaken: technologieën die CO2 uit de atmosfeer halen en technologieën die een deel van de zonnestraling tegenhouden. 1 à 2 procent tegenhouden zou genoeg moeten zijn, is de verwachting. Dat kun je doen door zwaveldeeltjes in de stratosfeer te spuiten zodat minder licht het aardoppervlak bereikt, door wolken witter te maken zodat meer straling weerkaatst of door een barrière op te werpen in de ruimte. Allemaal hoogst controversieel.

Lees een special over geo-engineering uit 2020: We kunnen het klimaat ook vertimmeren

Space based geo-engineering klinkt van deze technologieën het meest als sciencefiction. Of als het plot van een schurkenfilm. Tijdens een brainstormmiddag in 2019 maakten Tomas Hamann en enkele collega’s bij het Duitse ruimtetechnologiebedrijf OHB een lijst met 23 ideeën om zonnestraling tegen te houden, van ‘space confetti’ – flinters op een plek tussen de zon en de aarde – tot ‘space trees’ – organisch groeiende structuren tussen zon en aarde.

Sommige ideeën waren echt lariekoek

Tomas Hamann technologiebedrijf OHB

Een voor een schoten ze die ideeën ook weer af. „Sommige waren echt lariekoek”, zegt Hamann. „Maar van andere had ik echt verwacht dat het zou kunnen werken. Het machinematig vergruizen van een planetoïde die naar een bepaald punt tussen zon en aarde was gesleept bijvoorbeeld. De gruiswolk zou de zonnestraling tegenhouden. Maar uit iets meer onderzoek bleek dat gruisdeeltjes voor gevaarlijk ruimtepuin kunnen zorgen.” Een ander interessant idee vond hij een ring van deeltjes rond de aarde, zoals de ringen rond Saturnus. „Een spectaculair beeld, maar het zou voor lokale temperatuursveranderingen van gemiddeld 6 tot 7 graden kunnen zorgen. Dat zou gigantische effecten hebben, een heel slecht idee dus. De ring zou ook opgelicht zijn in de nacht, het zou dan nooit meer echt donker worden.”

Eén idee beklijfde: een vloot van kleine satellieten die allemaal een zeil uitklappen en daarmee tezamen een schaduwdoek vormen. De vloot zou in een formatie rondvliegen op een specifieke plek tussen zon en aarde: lagrangepunt 1 (L1). „Dat is een semi-stabiel punt tussen de zon en de aarde”, zegt Hamann „Je kunt er satellieten min of meer parkeren. Dat maakt het een perfecte plek om een zonneschild te bouwen. Op andere plekken zou het schild het grootste deel van de tijd niet tussen de zon en de aarde staan.” Vanaf de aarde zou je er niks van zien.

„Voor de duidelijkheid, wij zijn er helemaal niet voor om zoiets te gaan doen”, zegt Hamann. „Volop inzetten op uitstootreductie is plan A, plan B is het onttrekken van CO2 uit de lucht. Straling reduceren is de laatste strohalm.” Tijdens de verkenning die hij deed met zijn collega’s bleek bovendien dat andere opties om straling te reduceren veel haalbaarder lijken. Deeltjes in de stratosfeer injecteren is goedkoper en uitvoerbaarder. „Maar een ruimtevaartproject opzetten duurt zo tien jaar. Als je het nu niet onderzoekt ben je sowieso te laat.”

Dat onderzoek hoort thuis bij wetenschappers, vindt Hamann. „We hebben het initiatief genomen tot dit consortium omdat we het onderzoek willen promoten. Geo-engineering heeft grote gevolgen, klimatologisch maar ook ethisch en economisch. Dat moet een stevige wetenschappelijke basis hebben.” Wetenschappers van de betrokken universiteiten komen nu maandelijks bijeen, en denken elk vanuit hun specialisme mee over de vloot met zonneschermsatellieten.

Flinterdunne spiegel

Zo wordt in Delft onderzoek gedaan naar zonnezeilen. „Zonnezeilen zijn een nieuwe manier om satellieten voort te stuwen”, zegt Jeannette Heiligers, universitair docent aan de TU Delft. „Normaal gesproken is er brandstof nodig om satellieten te besturen. Een zonnezeil is een grote, flinterdunne spiegel. De fotonen uit het zonlicht die op die spiegel vallen geven druk. Het is een heel kleine kracht, maar omdat er geen weerstand is in de ruimte is het genoeg om voort te bewegen.” Het is een duurzame manier van voortstuwing.

Er zijn nu vier succesvolle missies geweest met een zonnezeil, vertelt Heiligers „Drie rond de aarde om te laten zien dat zo’n zeil goed gelanceerd en uitgeklapt kan worden en dat er snelheid mee gemaakt kan worden. En één missie is richting Venus gegaan, om te laten zien dat er ook van koers veranderd kan worden.” Heiligers werkt nu mee aan een NASA-satelliet met een zonnezeil van 80 vierkante meter. „Dat past opgevouwen in een satelliet zo groot als twee broden.”

De zeilen zouden behalve als voortstuwingsmiddel ook kunnen fungeren als schaduwdoek. „Om 1 à 2 procent van het zonlicht tegen te houden zou je een kleine 6 miljoen vierkante kilometer aan zonnezeilen nodig hebben. Een oppervlakte zo groot als het vasteland van Europa ongeveer”, zegt Heiligers. „Het gaat dus om heel veel satellieten.”

De grootste uitdaging is dan ook niet het ontwerpen van de satellieten, denkt Heiligers. „Het is de schaal. Er zou een productielijn moeten komen die misschien wel groter is dan de auto-industrie. Waar moet je dat doen? Hier op aarde lijkt logisch, maar dan moet alles gelanceerd worden – met de uitstoot van dien. Kan het ook ter plekke in de ruimte?” In het consortium wordt ook daarover nagedacht.

Evenaar en polen

Hoe de satellieten zouden moeten vliegen, in welke formatie en waar precies, zijn andere vragen die Heiligers graag helpt beantwoorden. „Ik houd me ook bezig met baanmechanica, het simuleren en doorrekenen van hoe objecten in de ruimte bewegen.” Of de gehele vloot rond het L1-punt zou moeten vliegen, is nog zeer de vraag. „Het is een aantrekkelijke optie. Als je daar een schaduwdoek hangt dan verminder je over de hele helft van de aarde die naar de zon is gericht het zonlicht met 1 à 2 procent”, zegt Heiligers. „Maar misschien is het wel beter om minder schaduw rond de evenaar en meer schaduw rond de polen te hebben. Collega-onderzoekers denken dat het daarom beter is om een deel van de satellieten in een baan rond de aarde te brengen, dan heb je meer controle over waar de schaduw valt en een meer gedifferentieerd effect.”

Stel: het lukt allemaal. Wat gebeurt er dan met het klimaat op aarde? „Heel grofweg is dat wel duidelijk”, zegt Claudia Wieners, klimaatwetenschapper aan de Universiteit Utrecht en ook betrokken bij het consortium. „Geinig genoeg zijn de eerste modelexperimenten die uitrekenden wat er gebeurt als je de temperatuur op aarde laat dalen, uitgegaan van ‘de zon een beetje dimmen’. Dat was toen, zo’n 15 jaar geleden, nog niet met het idee dat het ooit zou kunnen, maar omdat het een hanteerbare variabele was.” De aarde koelt af, dat is zeker. Als je het homogeen doet, komt overal 1 à 2 procent minder zonnestraling aan. „Maar dan ben je nog niet zomaar terug in een situatie zoals het was. Omdat lucht- en zeestromingen warmte van de evenaar naar de polen brengen, warmen de polen dankzij het broeikaseffect relatief meer op dan je op basis van hun magere zoninstraling zou verwachten.” Duidelijk is ook dat er meer meespeelt dan alleen de temperatuur. „Wat betreft neerslag zie je bijvoorbeeld dat het mondiaal gezien droger zal worden, lokaal zou je weleens heel heftige neerslag kunnen krijgen.”

Klimaatmodellen zijn sinds die begindagen veel verfijnder geworden, al blijven de onzekerheden groot. „Het is bijvoorbeeld onduidelijk wat geo-engineering doet met zeespiegelstijging”, zegt Wieners. „In Groenland smelt veel ijs door zonlicht en warme lucht. Maar Antarctica smelt van onderaf, warmer wordend zeewater komt daar in aanraking met het ijs. Wereldwijde afkoeling is ook voor het zeewater goed, maar hoe snel reageert het? Is dat op tijd om het smelten van Antarctica tegen te gaan? En misschien veranderen door de afkoeling de stromingspatronen wereldwijd wel, wat gebeurt er dan?”

De geest is al lang uit de fles!

Claudia Wieners klimaatwetenschapper

„De eerste kennis is er, maar veel is nog niet goed begrepen”, zegt Wieners. Ze is fel voorstander van veel meer onderzoek naar geo-engineering. „We moeten meer inzicht hebben in wat kan werken, en vooral ook in wat niet werkt. Sommigen willen onderzoek tegenhouden, om niet in de verleiding te komen geo-engineering te gaan te gebruiken. Maar de geest is al lang uit de fles! En wat als over 30 jaar blijkt dat CO2-reductie alleen niet genoeg was, bijvoorbeeld omdat zelfs 1,5 graden opwarming al funest blijkt? Je moet met onderbouwde argumenten kunnen komen als de vraag over het inzetten van geo-engineering daadwerkelijk ter tafel komt.”

Lees ook: Nederland mag nooit inzetten op geo-engineering

Honderden scenario’s

Ze zou graag een vereenvoudigd model ontwikkelen om de verschillende strategieën voor space based geo-engineering door te rekenen. Alleen al de vraag waar de satellieten gaan vliegen, zorgt voor heel veel door te rekenen opties: allemaal in het L1-punt, juist in een baan rond de aarde, of verdeeld over meerdere plekken? „We zijn nog volop aan het puzzelen. Maar honderd scenario’s simuleren doe je niet even”, zegt Wieners. Het draaien van uitgebreide modellen kost veel tijd, zowel het doorrekenen zelf als interpretatie van de uitkomsten. Daarom wil ik een simpel testmodel maken waarin vrij veel variabelen, die zich redelijk lineair gedragen, zijn meegenomen.”

„Ik ben geen ingenieur, ik weet niet wat technisch allemaal mogelijk is”, zegt Wieners. „Een ingenieur weet wellicht niet wat voor het klimaat handig is. Het is fijn dat al die expertises in het consortium zitten, we moeten iteratief gaan samenwerken. Daar kan een vereenvoudigd model erg bij helpen. Als je een strategie hebt waarvan je op basis van dit model denkt dat het een goede strategie is, kun je het daarna met een uitgebreid model toetsen.”

Heiligers heeft samen met Europese consortiumpartners, onder wie Wieners, onlangs een aanvraag gedaan voor een Europese Marie Curie-beurs om tien promovendi te kunnen aannemen, voor elk onderzoeksspecialisme één. In april verwachten ze te horen of hun aanvraag gehonoreerd is. „De ruimtevaart-optie is nooit eerder multidisciplinair onderzocht”, zegt Heiligers. „Er wordt meestal al snel gezegd dat het te veel kost, zonder verdere onderbouwing. Maar wat is wel mogelijk? Wat niet? En misschien wel de belangrijkste vraag: wat is wenselijk?”